基于現(xiàn)場總線的干粉配料柔性控制系統(tǒng)

　　控制中心是整個(gè)水泥干粉料生產(chǎn)系統(tǒng)的核心,需要靈活、可靠和高性能,利用現(xiàn)代先進(jìn)的控制設(shè)備及技術(shù),建立多樣化的砂漿配比庫及在線快速反應(yīng)控制單元是可行的和急需的。以干粉料的電子配比庫為輸入驅(qū)動(dòng)源,建立快速自適應(yīng)控制中心,該中心能迅速更換不同配比、不同性質(zhì)的干粉料產(chǎn)品的生產(chǎn)控制流程,實(shí)現(xiàn)干粉料的生產(chǎn)。通過對(duì)干粉柔性控制中心的控制量及性能要求分析,確定以現(xiàn)場總線技術(shù)為基礎(chǔ)的組網(wǎng)方案。現(xiàn)場總線是工業(yè)中用于現(xiàn)場儀表和控制室系統(tǒng)之間的一種全數(shù)字化、雙向多站的通信系統(tǒng)。是過程控制技術(shù)、自動(dòng)化儀表技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)三大技術(shù)發(fā)展的交會(huì)點(diǎn)。采用現(xiàn)場總線主要解決如下問題:計(jì)量控制單元、攪拌控制單元、誤差自動(dòng)補(bǔ)償單元的準(zhǔn)確性、可靠性、快速反應(yīng)性;設(shè)備各種參數(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集和控制信息的發(fā)送,各種狀態(tài)參數(shù)表達(dá)和報(bào)警處理;事故追憶和趨勢分析;高性能、高效率的自流式儲(chǔ)料裝置及混料裝置。

　　1 　現(xiàn)場總線系統(tǒng)FCS

　　1.1 　現(xiàn)場總線的概述

　　現(xiàn)場總線是20 世紀(jì)80 年代中期在國際上發(fā)展起來的,是為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)的信息集成,實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化,達(dá)到在工業(yè)現(xiàn)場運(yùn)行可靠、廉價(jià)、互操作的目的。現(xiàn)場總線控制技術(shù)由于其巨大的技術(shù)優(yōu)勢,被認(rèn)為是工業(yè)控制發(fā)展的必然趨勢,將逐步取代傳統(tǒng)的PLC 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接線的控制方法?，F(xiàn)場總線技術(shù)是一種集總線技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、集成電路技術(shù)及智能傳感技術(shù)于一身的新型控制技術(shù)。根據(jù)國際電工委員會(huì)的IEC61158 標(biāo)準(zhǔn)的定義,現(xiàn)場總線是一種應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場、現(xiàn)場設(shè)備之間、現(xiàn)場設(shè)備與控制裝置之間實(shí)行雙向、串行、多節(jié)點(diǎn)通信的通信網(wǎng)絡(luò)。它是適合于工業(yè)控制要求的通信網(wǎng)絡(luò)。

　　現(xiàn)場總線把微處理器置入現(xiàn)場自控設(shè)備,使設(shè)備具有數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力,這一方面提高了信號(hào)的測量、控制和傳輸精度,同時(shí)為豐富控制信息的內(nèi)容、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳送創(chuàng)造了條件。在現(xiàn)場總線的環(huán)境下,借助現(xiàn)場總線網(wǎng)段以及與之有通信連接的其它網(wǎng)段,實(shí)現(xiàn)異地遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。由于現(xiàn)場總線強(qiáng)調(diào)遵循公開統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),因而有條件實(shí)現(xiàn)設(shè)備的互操作性和互換性,用戶可以把不同廠家、不同品牌的產(chǎn)品集成在同一個(gè)系統(tǒng)內(nèi),并可在同功能的產(chǎn)品之間進(jìn)行相互替換,使用戶具有了自控設(shè)備選擇、集成的主動(dòng)權(quán)。

　　1.2 　現(xiàn)場總線的分類及比較

　　現(xiàn)場總線種類繁多[1 > ,按照現(xiàn)場總線的應(yīng)用層次將它分成如下幾種: ①傳感器總線　最底層的總線,只進(jìn)行少量數(shù)據(jù)傳輸。如ASI、Interbus - S 等。②設(shè)備總線　最常用的一種總線形式,為智能設(shè)備提供通信服務(wù),在這一層次上,智能設(shè)備能夠執(zhí)行多種功能,提供通信和診斷信息服務(wù)。這類總線包括:CAN、DeviceNet 、Lon Works、Profibus - DP 等。③車間級(jí)總線　設(shè)備總線的上一層次,他支持大數(shù)據(jù)量的傳輸,但傳輸速度較慢,要求設(shè)備處理器有較高的性能,有的現(xiàn)場總線技術(shù)已經(jīng)能在現(xiàn)場設(shè)備中直接支持分布式控制功能。這類總線包括: FF、Profibus - PA、WorldFIP、Lon Works 等。④控制級(jí)總線　主要定向于PLC、DCS 控制器等高層次控制設(shè)備件的對(duì)等通信,諸如Cont rolNet 。⑤企業(yè)級(jí)總線　骨干網(wǎng)絡(luò)是為企業(yè)事務(wù)服務(wù)的,主要形式是在Ethernet 基礎(chǔ)上運(yùn)行TCP/ IP 協(xié)議。幾種流行現(xiàn)場總線的比較如表1 所示。

　　1.3 　LON WORKS

　　Lon Works 是由美國ECHELON 公司于20 世紀(jì)90 年代初推出的一種現(xiàn)場總線技術(shù),Lon (Local Operating Network) 的意思為局部操作網(wǎng)絡(luò),它是用于開發(fā)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個(gè)完整的技術(shù)平臺(tái),并具有現(xiàn)場總線技術(shù)的一切特點(diǎn)。Lon Words 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由智能節(jié)點(diǎn)組成,每個(gè)智能節(jié)點(diǎn)可具有多種型式的I/ O 功能,節(jié)點(diǎn)之間可通過不同的傳輸媒介進(jìn)行通信,并遵守ISO/ OSI 的7 層模型,被譽(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò)。

　　Lon Works 支持與其他協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)之間的互連與互操作;ECHELON 提供相應(yīng)可以嵌入產(chǎn)品的軟件和硬件,使得Lon Works 應(yīng)用程序可以在非Neu2ron 芯片的主機(jī)上運(yùn)行,任何微控制器、PC 機(jī)、工作站或計(jì)算機(jī)都可以作為Lon Works 網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)通信。神經(jīng)元芯片處理現(xiàn)場互聯(lián)的全部任務(wù),還能處理現(xiàn)場傳感器、執(zhí)行器的動(dòng)作以及數(shù)字邏輯運(yùn)算等現(xiàn)場任務(wù)。Lon Talk 是OSI 參考模型面向現(xiàn)場對(duì)象應(yīng)用的一個(gè)子集。它比現(xiàn)場總線歷來推薦的功能覆蓋面更廣,支持多介質(zhì)、大網(wǎng)絡(luò)。這為工廠制造自動(dòng)化的測、控、管一體化提供了全局性的解決方案,而且都可通過固化有Lon Talk 協(xié)議的神經(jīng)元芯片實(shí)現(xiàn)同生產(chǎn)管理級(jí)互聯(lián)。另外, Lon Works總線開發(fā)系統(tǒng)支持各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),選擇不同的收發(fā)器可構(gòu)成星形、環(huán)形、樹形或混合形結(jié)構(gòu);而尋址由協(xié)議來解決,這樣現(xiàn)場互聯(lián)更加靈活。

　　2 　干粉配料控制系統(tǒng)

　　2.1 　主要被控對(duì)象

　　1) 料倉控制閥:水泥倉下料口控制閥、石灰粉倉下料口控制閥、石英砂下料口控制閥、粉煤灰下料口控制閥、添加劑下料口控制閥;

　　2) 料位監(jiān)測儀:水泥倉料位儀、石灰粉倉料位儀、石英砂料位儀、粉煤灰料位儀、添加劑料位儀;

　　3) 進(jìn)料閥門:水泥倉進(jìn)料口控制閥、石灰粉倉進(jìn)料口控制閥、石英砂進(jìn)料口控制閥、粉煤灰進(jìn)口控制閥、添加劑進(jìn)料口控制閥;

　　4) 皮帶傳輸機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)控:石英砂皮帶傳輸機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制、粉煤灰皮帶傳輸機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制;

　　5) 電子皮帶秤稱料監(jiān)控:石英砂電子皮帶秤稱量調(diào)節(jié)控制、粉煤灰電子皮帶秤稱量調(diào)節(jié)控制;

　　6) 螺旋輸送機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)控:水泥螺旋輸送機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制、粉煤灰螺旋輸送機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)

　　節(jié)控制、石灰粉螺旋輸送機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制;

　　7) 混料倉監(jiān)控;

　　8) 烘干機(jī)監(jiān)控。

　　2.2 　配料控制系統(tǒng)組成

　　配料控制系統(tǒng)組成如圖1 所示。該系統(tǒng)以現(xiàn)有計(jì)量控制設(shè)備如電子皮帶秤、螺旋絞刀泵、核子秤等為基礎(chǔ),在這些現(xiàn)有配料控制設(shè)備的輸入端連接相應(yīng)的Lon Works 節(jié)點(diǎn),將非LonWorks 現(xiàn)場總線設(shè)備集成到現(xiàn)場總線中,構(gòu)成基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)。這里所用的節(jié)點(diǎn)主要包括:PCL TA - 10 適配卡與PC 及連接構(gòu)成Lon Works 網(wǎng)絡(luò)管理監(jiān)控節(jié)點(diǎn);Lon Works/ 4 - 20mA 轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)將符合DDZ - Ⅲ型標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)4 - 20mA 的控制設(shè)備集成到現(xiàn)場總線上;Lon Works/ 485/ 232 轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)將數(shù)字接口控制設(shè)備集成到現(xiàn)場總線上;開關(guān)量的監(jiān)測與控制由Lon Works 控制節(jié)點(diǎn)的I/ O 模塊完成。

　　2.3 　配料柔性控制

　　通過LONWORKS 節(jié)點(diǎn)將不同類型、不同組分的喂料計(jì)量設(shè)備集成到現(xiàn)場總線后,單機(jī)設(shè)備不再是信息的孤島,可在配料管理軟件控制下協(xié)調(diào)工作,實(shí)現(xiàn)不同組分干粉配料的靈活生產(chǎn),快速滿足不同用戶對(duì)產(chǎn)品的要求。干粉配料生產(chǎn)監(jiān)控管理軟件功能包括:干粉料品種配比專家數(shù)據(jù)庫、干粉料配比設(shè)置、產(chǎn)量設(shè)置、生產(chǎn)率設(shè)置、各組份流量分配、配料設(shè)備容差設(shè)置、料倉料位上下限設(shè)置、單機(jī)控制與聯(lián)機(jī)控制選擇、手動(dòng)與自動(dòng)切換、調(diào)試與運(yùn)行切換、各配料設(shè)備實(shí)際流量指示、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)指示、設(shè)備工作異常報(bào)警、故障處理與歷史追溯等。

　　3 　結(jié)　論

　　干粉柔性控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)多種干粉原材料嚴(yán)格按照一定的科學(xué)配比,進(jìn)行全自動(dòng)化的、實(shí)時(shí)的、高精度的送料、稱料、拌料及包裝的控制裝置。該控制中心采用基于Lon Works 標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線進(jìn)行監(jiān)控,結(jié)構(gòu)簡單,布線自由,通過節(jié)點(diǎn)控制器將非LonWorks 現(xiàn)場總線設(shè)備集成到現(xiàn)場總線中,節(jié)約設(shè)備投資。利用現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)快速更換不同的干粉原料配比、不同性質(zhì)的干粉料產(chǎn)品的控制流程。